Τα σύνθετα υλικά κεραμικής μήτρας (CMC) είναι ένας νέος τύπος υλικού που μπορεί να ενσωματώσει τα πλεονεκτήματα πολλαπλών υλικών. Χρησιμοποιούνται συχνά σε κινητήρες τζετ, αεριοστρόβιλους και εργαλεία υπεράνω κράματος νικελίου, επομένως έχουν ευνοηθεί από καιρό από τους επιστήμονες. Μεταξύ αυτών, το οξείδιο του αλουμινίου (Al2O3) και το καρβίδιο του βολφραμίου (WC) είναι ένα ζευγάρι πολύ ενδιαφέροντων συνδυασμών. Το πρώτο είναι σκληρό και χημικά αδρανές και το δεύτερο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υπερβολικά σκληρά υλικά. Δυστυχώς, κανείς δεν έχει ακόμη προετοιμάσει το Al2O3-WCCMC με ικανοποιητικές επιδόσεις.
Πρόσφατα, μια ομάδα επιστημόνων από την Ιαπωνία με επικεφαλής επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Ναγκόγια και σε συνεργασία με την NGK Spark Plug Co., Ltd. πραγματοποίησαν μια μελέτη. Πρόσθεσαν μια μικρή ποσότητα διοξειδίου του ζιρκονίου (ZrO2) στη διαδικασία κατασκευής του Al2O3-WC-CMC. , Και τελικά παρήχθη" εξαιρετικά σκληρό" Al2O3-WC-CMC με αντοχή σε κάμψη μεγαλύτερη από 2 γιγαπασκάλες. Όπως είπαν οι κύριοι ερευνητές Δρ. Nishi και Dr. Matsunaga:" Αυτό είναι το υψηλότερο επίπεδο στην ιστορία σε αυτόν τον τομέα."
Όταν οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης σάρωσης με ατομική διαύγεια για να μελετήσουν τη δομή του υπερβολικά ενισχυμένου με ZrO2 ενισχυμένου Al2O3-WC-cmc, διαπίστωσαν ότι τα άτομα Zr βρίσκονται στο λεπτό στρώμα μεταξύ του φύλλου Al2O3 και του WC. Οι Δρ. Nishi και Matsunaga επεσήμαναν ότι "η διασύνδεση μεταξύ Al2O3 και WC είναι γενικά ένα αδύναμο σημείο στη δομή των σύνθετων υλικών". Αργότερα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική στον τομέα της μαθηματικής φυσικής που ονομάζεται λειτουργική θεωρία πυκνότητας για να προσομοιώσουν το άτομο του ζιρκονίου. Ως αποτέλεσμα, βρέθηκε ότι αυτά τα άτομα ζιρκονίου στο στρώμα διασύνδεσης ενισχύουν τη σταθερότητα του CMC.
Σχολιάζοντας τις πιθανές εφαρμογές του, ο Δρ Ματσούναγκα είπε: «Το υλικό που έχουμε αναπτύξει μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υπερβολικό υλικό για εξοπλισμό επεξεργασίας μετάλλων, κόβοντας σκληρά μεταλλικά μέρη που χρησιμοποιούνται σε αεροπλάνα και αυτοκίνητα». Στην πραγματικότητα, παρατήρησαν την NGK Spark Plug Co., Ltd. Από μηχανικούς άρχισαν να χρησιμοποιούν αυτά τα υλικά σε εμπορικά εργαλεία κοπής.
